Udarci so neizogibna realnost pri številnih izdelkih – od preprostega padca do trkov pri visokih hitrostih. Posledice za kakovost in varnost so lahko zelo resne, zato je virtualno testiranje, natančneje analiza udarcev z metodo končnih elementov (Impact FEA), ključni korak v inženirskem procesu.
Ker je na voljo veliko različnih orodij, se pogosto pojavi vprašanje, katero FEA programsko opremo izbrati, da bo ustrezala tako kompleksnosti izdelka kot tudi proračunu.
Razumevanje fizike udarca
Ko objekt doživi udarec, nastane sila, ki v materialu sproži elastični val, podoben valovanju na vodni gladini. Hitrost in frekvenca tega vala sta v osnovi določeni z dvema materialnima lastnostma: maso in togostjo.
Razumevanje medsebojnega vpliva teh dveh lastnosti je ključno za pravilno interpretacijo rezultatov simulacije. Tudi preprost enosmerni (1-DOF) model masa–vzmet jasno pokaže, kako masa in togost določata vibracijski in napetostni odziv sistema med udarcem.
Primerjava orodij SOLIDWORKS Simulation za analizo udarcev
- SOLIDWORKS SimulationXpress
Zmožnosti: omejeno na enodelne modele in linearno statično analizo s konstantno silo.
- Uporabnost pri udarcih: neposredna simulacija udarca ni mogoča. Orodje lahko služi za oceno togosti dela z uporabo enačbe k = F / d (togost = sila / pomik). To togost je nato mogoče uporabiti v zunanjih izračunih za približno oceno napetosti pri udarcu.
- Ocena: primerno za hitre preveritve togosti in osnovno validacijo zasnove, vendar zelo omejeno in posredno uporabno za analizo udarcev.
- SOLIDWORKS Simulation Standard
Ta nivo omogoča dva pristopa, ki prispevata k razumevanju udarnih pojavov.
- Simulacija gibanja (Motion Simulation): rešuje kinematiko togih teles. Omogoča simulacijo padca in izračun parametrov, kot sta maksimalna sila in čas udarca, vendar brez deformacije teles. Primerno za oceno udarnih sil, ne pa napetosti ali deformacij.
- Linearna statična analiza: omogoča nekatere nelinearnosti, kot so kontakt in veliki pomiki (geometrijska nelinearnost). Izračuna lahko napetosti, deformacije in pomike, vendar le do meje plastičnosti materiala. Primerno za preverjanje, ali bo izdelek po udarcu ostal v elastičnem območju brez trajnih deformacij.
- SOLIDWORKS Simulation Professional
Ključno orodje: Drop Test Analysis.
- Zmožnosti: nelinearni časovno odvisen reševalnik, ki posnema realne scenarije padcev ali metov objekta na togo podlago, na primer tla.
- Prednosti: združuje prednosti simulacije gibanja in linearne statike ter omogoča prikaz deformacij in maksimalnih napetosti brez zapletenih zunanjih izračunov.
- Slabosti: računsko zelo zahteven. Priporoča se uporaba na poenostavljenih modelih, saj lahko kompleksni modeli povzročijo dolge čase računanja in visoko porabo računalniških virov.
- SOLIDWORKS Simulation Premium
Ta nivo omogoča hitrodinamične linearne analize ter celovite nelinearne analize, primerne za zahtevnejše primere udarcev.
Abaqus oziroma 3DEXPERIENCE STRUCTURAL
Za najbolj kompleksne, visoko-hitrostne ali celostne produktne simulacije udarcev je industrijski standard Abaqus oziroma 3DEXPERIENCE STRUCTURAL, ki uporablja Abaqus kot reševalnik v ozadju.
Abaqus je nepogrešljiv pri simulacijah udarcev velikih sestavov ali celotnih izdelkov zaradi treh ključnih prednosti.
- Splošni kontakt: samodejno in robustno zaznavanje vseh kontaktov v modelu pri vsakem časovnem koraku, kar odpravi zamudno in potencialno netočno ročno definiranje kontaktnih parov.
- Napredno modeliranje materialov: natančna simulacija obnašanja materialov po meji plastičnosti, progresivnih poškodb, hiperelastičnosti ter kompleksnih časovnih in temperaturnih odvisnosti.
- Odlična skalabilnost: reševalniki učinkovito izkoriščajo paralelno računanje z več sto procesorskimi jedri, tudi prek oblačnih računalniških storitev.
Če vaš izdelek vključuje zelo visoke hitrosti udarcev, kompleksno porušitev materiala ali celostno simulacijo trka vozila, je Abaqus prava izbira.
Ne glede na to, ali izvajate hitro preverjanje togosti s SimulationXpress ali simulirate popolno porušitev izdelka z Abaqusom, ostaja cilj enak: napovedati in zmanjšati učinke udarcev ter zagotoviti varnejše in bolj robustne izdelke. Ekosistem SOLIDWORKS ponuja premišljeno in razširljivo pot za vsako stopnjo analize udarcev.
Če želite dodatne informacije o simuliranju kontaktov in udarcev, nas kontaktirajte preko elektronske pošte info@ib-caddy.com ali pa prek telefonske številke (01) 566 12 55.